多模块组合型三相并联有源电力滤波器制造技术

本发明专利技术提供一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，其各相主功率电路均由ｎ个相同结构的模块单元串联而成，所述模块单元包括两个由功率管、二极管以及双串联电感构成的Ｈ桥和直流侧电容，其中两个Ｈ桥的双串联电感的中点分别作为模块单元的输入输出端子。本发明专利技术中，根据谐波算法和电流控制对象不同可以采样不同的电量，电流控制引入载波移相技术以提高有源滤波器的补偿容量和补偿效果。本发明专利技术可广泛适用于系统可靠性要求高、容量大的电网的谐波治理，如航空、航天、医疗机构、高精仪器制造等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，适用于高可靠性要求的 各种大功率用电系统，属于电力谐波抑制

技术介绍
早在20世纪20年代，电力系统谐波问题就引起了人们的注意。大量的高频谐波 对各种电力设备、通信设备及线路都会产生有害的影响，严重时会造成设备的损坏和电力 系统事故。尤其是近年来电力电子设备的迅速增长，谐波危害也日趋严重。同时，无功功率 也会对电网系统带来损耗增加，供电质量低等不良影响，因此如何解决电力系统中无功功 率和谐波补偿，实现真正的“绿色电网”成为目前迫切需要解决的问题。谐波和无功补偿装置的传统方法是采用LC调谐滤波器，因其结构简单廉价而广 泛运用，但其阻抗固定，不能实现谐波和无功的动态补偿，其主体地位正逐渐被有源电力滤 波器所取代。迄今为止有源电力滤波器发展了多种拓扑结构，其中，最基本的拓扑结构是并联 型、串联型和混合型等，以并联型结构应用更为广泛，研究也最多；针对大容量谐波及无功 系统，目前主要采用了以下技术来实现滤波(1)采用无源LC滤波器和有源电力滤波器的 混合型系统；(2)采用多个器件串并技术；(3)采用多台小容量有源电力滤波器的并联运行 实现大容量；(4)采用多重化技术提高功率管等效开关频率以实现大容量有源滤波器。随着电力电子及相关技术进一步的发展以及电力市场的拓展，电网系统的容量必 定会逐步提升，因此大容量有源电力滤波器有着良好的发展前景和潜在的技术经济效益。 而且无论是多台并联运行还是多重化技术，其都是基于模块化的基本思想，因此基于模块 化思想实现大容量有源电力滤波器将是一个重要的发展方向之一。由于有源电力滤波器的主功率回路基本组成单元往往采用双开关管串联的半桥 或全桥结构，开关管在高频开关工作时可能存在的危险。为了提高有源电力滤波器可靠性 运行，往往是在控制手段上作出变化和改进，如增加死区时间等，这不仅影响有源电力滤波 器的滤波特性，而且并没有从根本上解决桥臂直通的问题。因此，如何在不损失有源电力滤 波器滤波特性的同时提高其可靠性，通过对有源电力滤波器的电路拓扑和控制策略的改进 以达到谐波抑制和无功补偿的目的，对有源电力滤波器的在大容量谐波及无功治理的发展 与应用有着重要意义。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的所要解决的技术问题是以高可靠性要求的大容量电网系统为对象针对 现有技术的不足，提出一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，通过将功率管与二极 管串联组成桥臂单元，完全杜绝桥臂直通的危险，并通过模块化级联结构的拓扑满足大容 量电网的滤波要求，降低各功率器件电压等级，同时利用载波移相技术提高有源电力滤波器的谐波补偿特性。技术方案本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，所述有源电力滤波器与交流电网的 母线连接，所述交流电网是三相电源，所述交流电网的母线分别与三相滤波电感、三相负载 连接；其中有源电力滤波器的输出端分别与三相电源的母线、三相滤波电感的输入端连接， 三相滤波电感的输出端与三相负载连接；所述有源电力滤波器包括主功率电路、检测与采 样装置、控制及驱动电路；所述主功率电路包括三相电路A相电路、B相电路、C相电路，其 中A相电路、B相电路、C相电路分别由η个结构相同的模块单元依次串联而成，η为自然 数，且η < 5 ；所述三相电路的首端模块单元的输入端分别接入三相交流电网三相母线，所 述三相电路的末端模块单元的输出端分别星形连接于三相APF的中性点；交流电网的三相母线和中性点、交流电网输出侧、三相滤波电感的三相输入侧、主 功率电路的三相输出侧和正负直流母线分别与检测与采样装置的输入端连接，检测与采样 装置的输出端与控制及驱动电路的输入端连接，控制及驱动电路的输出端与主功率电路的 输入端；所述模块单元包括一个直流侧电容和第一 H桥、第二 H桥，其中直流侧电容跨接在 模块单元的正负直流母线两端，直流侧电容和第一 H桥、第二 H桥相互并联，第一 H桥的中 点作为该模块单元的输入端子，第二 H桥的中点作为该模块单元的输出端子。进一步的，上述多模块组合型三相并联有源电力滤波器的第一 H桥包括第一 MOS 管S1、第二 MOS管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电感L1、第二电感L2 ；其中第一 MOS 管S1的源极与第一二极管D1的阴极相连、第二 MOS管S2的漏极与第二二极管D2的阳极相 连分别构成第一 H桥的两个桥臂；第一 MOS管S1的漏极和第二二极管D2的阴极连接模块 单元的正直流母线，第一二极管D1的阳极和第二 MOS管S2的源极连接模块单元的负直流母 线；第一电感L1、第二电感L2相互串联后分别接前述第一 H桥的两个桥臂的中点；所述第一 H桥的中点为第一电感L1、第二电感L2的串联点；所述第二 H桥包括第三MOS管S3、第四MOS管S4、第三二极管D3、第四二极管D4、 第三电感L3、第四电感L4 ；其中第三MOS管S3的源极与第三二极管D3的阴极相连、第四MOS 管S4的漏极与第四二极管D4的阳极相连分别构成第二 H桥的两个桥臂，第三MOS管S3的 漏极和第四二极管D4的阴极接模块单元的正直流母线，第三二极管D3的阳极和第四MOS管 S4的源极接模块单元的负直流母线；第三电感L3、第四电感L4相互串联后分别接前述第二 H桥的两个桥臂的中点；所述第二 H桥的中点为第三电感L3、第四电感L4的串联点。进一步的，上述多模块组合型三相并联有源电力滤波器的第一电感L1、第二电感 L2、第三电感L3、第四电感L4的感值相同，第一 H桥、第二H桥在模块单元里的连接方式可以 互换。进一步的，上述多模块组合型三相并联有源电力滤波器，当所述有源电力滤波器 应用于三相三线制电网系统中，将N点与交流电网的中性线相连。进一步的，上述多模块组合型三相并联有源电力滤波器的控制及驱动电路包括谐 波检测运算电路、PWM电流控制和驱动电路。进一步的，上述多模块组合型三相并联有源电力滤波器的检测与采样装置包括M个电压传感器和m个电流传感器，其中M、m均为正整数。有益效果1.相对于传统桥式有源电力滤波器，能完全杜绝桥臂直通的危险，从而提高有源 电力滤波系统的可靠性；2.相对于传统桥式有源电力滤波器，能分别优化功率开关管和功率二极管，从而 降低开关损耗，为进一步提高开关频率创造条件；3.相对于单独桥式有源电力滤波器，直流侧电压降低，开关容量也降低，可以优化 功率开关管的选取；4.由于采用相同的电路结构，易实现模块化设计和组装；5.实际开关频率相对低，等效开关频率高，电磁干扰，开关损耗较低，补偿特性好； 能广泛用于三相三线制电网系统和三相四线制的大容量电网系统的谐波治理。附图说明图1是本专利技术的多模块组合型三相并联有源电力滤波器结构示意图。图2是图1中有源滤波器主功率电路中模块单元的电路结构示意图。图3是本专利技术的单模块组合型三相并联有源电力滤波器结构示意图。图4是本专利技术的双模块组合型三相并联有源电力滤波器结构示意图。图5是本专利技术的单模块组合型三相并联有源电力滤波器应用于115V/400HZ电网 的负载电流、补偿电流、电网电流和电网电压仿真波形。图6是本专利技术的双模块组合型三相并联有源电力滤波器应用于115V/400HZ电网 的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模块组合型三相并联有源电力滤波器，所述有源电力滤波器与交流电网（１）的母线连接，所述交流电网（１）是三相电源，所述交流电网（１）的母线分别与三相滤波电感（２）、三相负载（３）连接；其中有源电力滤波器的输出端分别与三相电源的母线、三相滤波电感（２）的输入端连接，三相滤波电感（２）的输出端与三相负载（３）连接；其特征在于：所述有源电力滤波器包括主功率电路（４）、检测与采样装置（５）、控制及驱动电路（６），所述主功率电路（４）包括三相电路：Ａ相电路、Ｂ相电路、Ｃ相电路，其中Ａ相电路、Ｂ相电路、Ｃ相电路分别由ｎ个结构相同的模块单元（７）依次串联而成，ｎ为自然数，且ｎ≤５；所述三相电路的首端模块单元的输入端分别接入三相交流电网（１）三相母线，所述三相电路的末端模块单元的输出端分别星形连接于三相ＡＰＦ的中性点Ｎ；交流电网（１）的三相母线和中性点、交流电网（１）输出侧、三相滤波电感（２）的三相输入侧、主功率电路（４）的三相输出侧和正负直流母线分别与检测与采样装置（５）的输入端连接，检测与采样装置（５）的输出端与控制及驱动电路（６）的输入端连接，控制及驱动电路（６）的输出端与主功率电路（４）的输入端；所述模块单元（７）包括一个直流侧电容（１１）和第一Ｈ桥（９）、第二Ｈ桥（１０），其中直流侧电容（１１）跨接在模块单元（７）的正负直流母线两端，直流侧电容（１１）和第一Ｈ桥（９）、第二Ｈ桥（１０）相互并联，第一Ｈ桥（９）的中点作为该模块单元的输入端子（８），第二Ｈ桥（１０）的中点作为该模块单元的输出端子（１２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，石磊，陈淼，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]